薄板焊縫超聲檢測

相 慶

（中國石油化工集團(tuán)公司勝利石油管理局海上石油工程技術(shù)檢驗(yàn)中心 山東 東營 257000）

無損檢測行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T4730.3-2005《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定承壓設(shè)備超聲檢測適用范圍為“母材厚度8mm～400mm全熔化焊對接接頭的超聲檢測。母材厚度為6～8mm的全熔化焊對接接頭的超聲檢測應(yīng)按照附錄G（規(guī)范性附錄）的規(guī)定進(jìn)行”。但是隨著輕型鋼結(jié)構(gòu)地興起和發(fā)展，在現(xiàn)今的鋼結(jié)構(gòu)工程中經(jīng)常會遇到構(gòu)件母材板厚小于6mm的情況。對厚度小于6mm的板材焊縫無法進(jìn)行行之有效地檢測。而即使采用X射線對薄板焊縫進(jìn)行檢測也存在對人和環(huán)境危害大，對裂紋、未熔合等危害性缺陷漏檢率高等缺點(diǎn)。因此研究薄板焊縫超聲檢測的可行性和檢測方法就顯得非常重要。

1 薄板焊縫超聲檢測的可行性

薄板焊縫不宜進(jìn)行超聲檢測的理論依據(jù)

根據(jù)聲學(xué)理論基礎(chǔ)，在近場區(qū)進(jìn)行超聲波檢測對定量是不利的，處于聲壓極小值處的較大缺陷回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷回波可能較高，這樣就容易引起誤判，甚至漏檢。由于薄板焊縫的母材板厚較薄，基本都處于超聲場的近場區(qū)，因此為避免誤判、漏檢，薄板焊縫不宜進(jìn)行超聲檢測。

2 薄板焊縫超聲檢測方法

根據(jù)聲壓原理，實(shí)際固體介質(zhì)中聲壓分布趨向平緩，而且對某一固定探頭的相對固定的某一聲程處其聲壓具有穩(wěn)定性。因此，在保持一定精度的前提下，根據(jù)實(shí)際工程操作條件，選用特定的探頭，對比試塊，充分考慮材質(zhì)、衰減、耦合等一系列外界影響因素修正后的波幅數(shù)據(jù)和實(shí)際波幅數(shù)據(jù)之間的誤差是可以控制在工程允許范圍內(nèi)的。

2.1 探頭的選用

檢測時，應(yīng)盡可能使直射波的聲程不在近場區(qū)內(nèi)，使聲程范圍在一倍近場區(qū)長度到三倍近場區(qū)長度之間，這樣有利于檢測時避免誤判、漏檢缺陷。

2.1.1 檢測頻率的選擇

為提高探頭指向性和分辨率，以滿足檢出尺寸較小缺陷的要求，需采用較高的檢測頻率；但頻率提高同時也會增大聲波近場區(qū)長度。通過實(shí)踐，建議選擇頻率為5MHz的探頭比較合適。

2.1.2 探頭K值的選擇

由于板厚較薄，為了使直射波能夠掃查到焊縫的中下部分，選用K值較大的，前沿較小的斜探頭。當(dāng)探頭K值增大時，聲波在鋼中近場區(qū)長度將減少，有利于超聲檢測，但如果K值太大的話，容易形成表面波，干擾檢測結(jié)果的判定。經(jīng)過研究對比，選擇聚楓樹脂楔塊的探頭，其縱波聲速為2250m/s，比有機(jī)玻璃小些，這樣對減小探頭前沿和增大K值有利，在鋼中近場區(qū)長度為4.62mm，對應(yīng)的鋼中近場區(qū)深度為1.47mm。

2.1.3 選用雙晶探頭（TR探頭）

雙晶探頭采用特殊的延遲塊設(shè)計，縮短了鋼材中近場區(qū)長度，這對薄板焊縫檢測是有利的。除此之外雙晶探頭還具有靈敏度高，雜波少盲區(qū)小，超聲波能量集中在棱形探測區(qū)域內(nèi)且可通過調(diào)節(jié)入射角度來調(diào)節(jié)探測范圍等優(yōu)點(diǎn)。但探測范圍無法調(diào)節(jié)到焊縫上部，當(dāng)實(shí)際檢測中一般將雙晶探頭用來驗(yàn)證下部缺陷。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推薦將雙晶探頭入射角調(diào)節(jié)到9～11°附近。

2.2 對比試塊的選用

JB/T4730.3-2005《承壓設(shè)備無損檢測 第3部分：超聲檢測》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定母材厚度為6～8mm全熔化焊對接接頭的超聲檢測試塊采用CSK-ⅡAm，對于4～6mm的薄板超聲檢測，我們?nèi)圆捎肅SK-ⅡAm試塊。

3 薄板焊縫超聲波檢測實(shí)驗(yàn)

3.1 設(shè)備調(diào)節(jié)與檢測

時基線掃描的調(diào)節(jié)是焊縫超聲波檢測的重要環(huán)節(jié)，特別是在薄板焊縫超聲檢測中，由于板厚小，掃描速度條件的準(zhǔn)確性，掃描比例的合理性就更為重要。由于薄板焊縫超聲檢測的垂直聲程很小，時基線掃描的調(diào)節(jié)比例不宜按垂直1：1調(diào)節(jié)，建議按水平1：1調(diào)節(jié)。

對焊縫進(jìn)行單面雙側(cè)掃查，掃查速度不宜大于150mm/s，相鄰兩次探頭移動間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊。找到缺陷后，按JB/T4730.3-2005要求進(jìn)行定量、定位、測長，且可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性，最后按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定評定缺陷的等級。

3.2 檢測對比試驗(yàn)

我們制作了9個有缺陷的焊接試樣，利用上述薄板焊縫進(jìn)行了超聲波檢測，另外輔以X射線檢測驗(yàn)證，測試數(shù)據(jù)見下表：

試樣編號板厚(mm)X射線檢驗(yàn) 薄板焊縫超聲波檢測缺陷類型 缺陷長度(mm)缺陷當(dāng)量尺寸(dB)缺陷指標(biāo)長度(mm)雙晶探頭驗(yàn)證當(dāng)量尺寸(dB)1 3 未焊透 6 φ2+6 7 φ2+9 2 3 裂紋 6 φ2+2 10 φ2+6 3 3 裂紋 7 φ2+3 9 φ2+6 4 4 氣孔 φ2 φ2-4 5 φ2-3 5 4 未熔合 5 φ2+7 8 φ2+6 6 4 夾渣 16 φ2-1 15 φ2+1 7 5 氣孔 φ2 φ2+2 10 φ2+1 8 5 夾渣 19 φ2+2 17 φ2+2 9 5 未焊透 4 φ2+5 4 φ2+9

根據(jù)對比試驗(yàn)可以看出，對于未焊透缺陷超聲波檢出率較高，缺陷波幅高，測長與射線檢出尺寸較吻合；單個氣孔的波幅較低，超聲波測長比射線所檢出尺寸大；夾渣波幅較低，超聲波測長與射線所檢出尺寸相差不大；裂紋和未熔合缺陷波幅高，檢出率高，超聲波測長與射線所檢出尺寸相差較大。

4 結(jié)論

文章研究了薄板超聲檢測的可行性和檢測方法并通過試驗(yàn)對比驗(yàn)證，為尋求高效率的薄板焊縫超聲檢測提供了思路。薄板焊縫超聲波檢測是可以運(yùn)用在工程檢測中的。其對各種缺陷，尤其是裂紋，未熔合等危害性缺陷有相當(dāng)高的檢出率，且超聲檢測具有檢測效率高勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。在操作時宜結(jié)合適當(dāng)?shù)膶Ｓ迷噳K選用雙晶探頭，對焊縫中下部缺陷有較高的檢出率和更精確的檢測數(shù)據(jù)，可用來檢測焊縫下部危害性缺陷。